CIUDAD DEL FLAMENCO, JEREZ DE LA FRONTERA PROYECTO DE EJECUCIÓN – LC 01A, JULIO 2010 HERZOG & DE MEURON 1.16 ANEXO 5. ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO er a Pere Lluís Badiella Abril Rosselló, 20 6 1 08029 Barcelona Tel. 934103362 consultor hidrogeòleg i geofísic er a Pere Lluís Badiella Abril Rosselló, 20 6 1 08029 Barcelona Tel. 934103362 consultor hidrogeòleg i geofísic ÍNDICE AYUNTAMIENTO DE JEREZ DE LA FRONTERA GERENCIA DE URBANISMO 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................3 2. OBJETIVOS .............................................................................................................4 3. ANTECEDENTES....................................................................................................5 4. OBRAS REALIZADAS............................................................................................6 5. GENERALIDADES GEOHIDROLÓGICAS DE LA ZONA ...............................8 6. HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA.........................................................................10 6.1 6.2 6.3 7. ESTUDIO HIDROGEOLÓGICO PARA EL CONOCIMIENTO DE LOS ACUÍFEROS DEL SUBSUELO DE LA CIUDAD DEL FLAMENCO 7.1 7.2 7.3 ENSAYOS PUNTUALES DE PERMEABILIDAD ............................................10 ENSAYOS DE INTERFERENCIA .....................................................................10 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE INTERFERENCIA.............................12 PRIMERAS ESTIMACIONES ANALÍTICAS ...................................................15 CAUDAL SIN CONSIDERAR EL EFECTO DE LAS PANTALLAS ................15 CAUDAL QUE PUEDE PENETRAR POR EL FONDO DE LA EXCAVACIÓN DESPUÉS DE CONSTRUIR LAS PANTALLAS ESTANCAS.........................16 CONSIDERACIONES DE LOS CÁLCULOS ANALÍTICOS ............................16 8. MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR LOS EFECTOS DE LAS PANTALLAS .....................................................................................................................18 8.1 8.2 8.3 9. PLANTEAMIENTO DEL MODELO Y DATOS DE PARTIDA ........................18 RESULTADO DEL MODELO............................................................................19 RIESGOS Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS................................20 CONCLUSIONES ..................................................................................................22 ANEJOS I, II Y III FIGURAS APENDICES Barcelona Febrero del 2006 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor 1. INTRODUCCIÓN 2. OBJETIVOS De acuerdo con nuestro presupuesto y plan de trabajos presentado a la Gerencia de Urbanismo del Ayuntamiento de Jerez, se iniciaron los trabajos de seguimiento y construcción de dos pozos y cuatro piezómetros de control; la dirección de dos ensayos de bombeo y la valoración de los datos que se han obtenido. Todo ello se realiza, para el estudio de la posibilidad de deprimir el nivel freático de los acuíferos que aparecen en el subsuelo de los terrenos de la futura Ciudad del Flamenco de Jerez de la Frontera. L’objectivo de este trabajo es el de construir 2 pozos y 4 sondeos de observación que además de ser necesarios para a determinar los parámetros hidráulicos de los acuíferos, sean útiles para realizar la explotación, control piezométrico y sirvan de experiencia para optimizar la futura obra de drenaje. Una vez establecidas las características del acuífero se ha estudiado la posibilidad de su drenaje realizando una propuesta basada cálculos analíticos y en un modelado matemático. En las conclusiones se realiza una exposición resumida de los resultados obtenidos en la valoración de los datos recogidos para este trabajo, y se indica el modelo más probable de funcionamiento de los acuíferos. Además, se realizan estimaciones del caudal que se deberá movilizar en el caso de que se realice el proyecto según las actuales previsiones y se determinan las características y distribución del drenaje más recomendable. 3 En primera instancia se definirán, por tanto, las características hidráulicas de los acuíferos (modelo de funcionamiento, transmisividad, permeabilidades y coeficientes de almacenamiento). Con estos datos se construye un modelo numérico que permite simular los efectos de las pantallas, acabar de definir sus características más recomendables para provocar el vaciado del acuífero en su interior hasta a la cota establecida y ajustar los emplazamientos de los futuros puntos de captación. 4 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor 3. ANTECEDENTES 4. OBRAS REALIZADAS Los antecedentes de este informe son: Estudio geotécnico complementario de la Ciudad Flamenco de Jerez de la Frontera, VORSEVI S.A., del 27 Enero del 2005. Nota complementaria al estudio geotécnico Ciudad Flamenco en Plaza Belén. VORSEVI S.A., del 23 de Febrero 2005. del de del del En ambos informes ya se indica la presencia de un acuífero en el subsuelo de los terrenos y se sugiere la posibilidad de drenaje para deprimir el nivel de las aguas subterráneas. Les obras previstas y realizadas fueron la construcción de 2 pozos de 25 y 18 m de profundidad, a hinca con un tramo filtrante de unos 12 m de longitud; acompañados cada un de ellos de dos piezómetros de control. El piezómetro más alejado con filtros frente a los del pozo y el más próximo solo conectado al acuífero a una profundidad superior a la del pozo y por debajo la base de las pantallas previstas inicialmente. El resumen de las características definitivas del pozo y piezómetros es la siguiente: Toponímia Profundidad Altura brocal Cota brocal1 Filtro2 ∅ Perforación ∅ Entubación Además, el autor, dispone de la experiencia adquirida en los estudios y trabajos realizados para diferentes obras en las que se han tenido que realizar drenajes para excavar por debajo del nivel de saturación. Los trabajos previstos y realizados han permitido un conocimiento de de los acuíferos del subsuelo y con éste prevenir y corregir las posibles incidencias relacionadas con las aguas subterráneas que pueden producirse al deprimir el nivel freático en unos 10 m respecto de la posición actual. La clava del recinto apantallado estanco lateralmente, desde el punto de vista estructural, se prevé como mínimo de unos 8 m por debajo de la cota de excavación. Toponímia Profundidad Altura brocal Cota brocal1 Filtro2 ∅ Perforación ∅ Entubación Pozo-1 S. Honorio Piez S1 Piez S2 25 m 0,14 m 45,59 33 m 0,0 m 45,46 29,5 a 31,5 m 86 mm 21 m 0,0 m 45,01 8 a 18 m 86 mm PVC 50x6,5 mm PVC 50x6,5 mm 7 a 17,5 m y 22,5 a 24 m 600 mm Acero 350 mm Pozo-2 Peones Piez S3 Piez S4 18 m 0,25 m 44,04 6 a 16,5 m 600 mm Acero 350 mm 22,5 m 0,67 m 43,75 23-25 m 86 mm 15 m 0,52 m 43,60 5 a 15 m 86 mm PVC 50x6,5 mm PVC 50x6,5 mm 1 Cota según datos facilitados por Integral. los piezómetros S1 y S3 el espacio entre la entubación y la pared del sondeo, aparte del tramo frente al del filtro, queda aislado mediante pellets de bentonita. 2 En Durante la construcción de los pozos se realizaron dos ensayos de permeabilidad por valvuleo, en cada uno de ellos. Tanto durante dichos ensayos como en la perforación se apreció una fuerte tendencia a que se produjeran arrastres de finos. Dicha tendencia se agudizó en los tanteos previos del pozo 1 que se colmató parcialmente por lo que debió desarrollarse mediante aire comprimido para limpiarlo nuevamente, además debió rehacerse el macizo de grava filtrante. 5 6 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor Conviene indicar que los datos previos de que se dispuso indicaban una cierta compacidad del terreno (abundantes SPT con rechazo), en la parte profunda de los sondeos. Ello obligó sobre la marcha a modificar las características constructivas de los pozos de ensayo. El desarrollo del segundo pozo evidenció también la tendencia al arrastre de finos aunque la experiencia obtenida en el anterior permitió optimizar su construcción y disminuir su magnitud. En la figura 1 se presenta la situación aproximada de los pozos y piezómetros. 5. GENERALIDADES GEOHIDROLÓGICAS DE LA ZONA En este apartado se resumen las características geohidrológicas generales del subsuelo, en base a la información existente y de la que se ha hecho algún seguimiento. La litología del subsuelo es la siguiente: Horizonte superior de rellenos diversos que incluyen restos antrópicos entre 0,3 y 1 m de profundidad (según datos de los pozos y piezómetros). El estudio arqueológico de detalle que se está realizando refleja un espesor se varios metros con presencia de pozos y otras estructuras. Existe un horizonte de arena media suelta que alcanza en algunos puntos hasta unos 4 m de profundidad que podría tratarse de un horizonte de origen fluvial. Arena muy fina limosa ocrácea. Se trata de un horizonte que alcanza una profundidad muy variable que oscila entre los 9 y los 22 m de profundidad (en los pozos y piezómetros este horizonte alcanza hasta los 13 – 14 m). Litológicamente son arenas muy finas amarillentas con tonos ocres o amarillentos. Incluyen bioclastos de conchas blanquecinas y nódulos calizos que incluso podrían dar lugar a pequeños horizontes discontinuos a modo de costras. Podría tratarse del nivel de oxidación de los horizontes inferiores. Arena muy fina limosa negruzca. Bajo los horizontes anteriores aparece el horizonte de arena fina limosa gris negruzca con probable contenido en materia orgánica y abundantes fragmentos de moluscos blanquecinos. También aparece algún horizonte discontinuo de bioclastos parcialmente cementados y nódulos carbonatados. A partir de los 20 m aparece algún horizonte de dudosa continuidad de naturaleza limo-arcillosa con un espesor inferior a 0,5 m. Limos arcillo-arenosos grises. Solo se ha detectado en el piezómetro 1 entre los 31,6 m y los 33 m. No hay información suficiente para conocer su continuidad ya que es el sondeo mas profundo. 7 8 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor A pesar de que debe tomarse con grandes reservas, estimaciones de la permeabilidad basadas únicamente en las granulometrías del informe VORSEVI, 2005 (curvas de Beddin), de los horizontes de arenas muy finas y limos, permitirían deducir que la permeabilidad puede oscilar entre 3 y 0,3 m/d (3,5.10-3 a 3,5.10-4 cm/seg). Salvo los horizontes superiores el resto de la serie parece atribuible al Mioceno. 6. HIDROLOGÍA SUBTERRÁNEA 6.1 ENSAYOS PUNTUALES DE PERMEABILIDAD En el anejo I se presenta una exposición mas detallada sobre estos ensayos. Los resultados obtenidos considerando efecto “skin” son los siguientes: Toponímia Profundidad Permeabilidad k (m/d) k (cm/seg) Pozo-1 S. Honorio Pozo-2 Peones 17 m 25 m 15 m 18 m 1,1 1,3 10-3 0,6 7 10-4 2,93 3,4 10-3 1,89 2,2 10-3 Conviene indicar que se trata de ensayos puntuales orientativos en los que, a pesar de su corta duración, pueden superponerse efectos generales del acuífero. 6.2 ENSAYOS DE INTERFERENCIA En el anejo I se presenta una exposición mas detallada sobre los métodos de interpretación utilizados y de los resultados obtenidos en los ensayos. Además, en el anejo III, se adjunta las medidas que se han utilizado para realizarla. El primer ensayo de interferencia de 72 horas de duración se inició el pasado 22.1.2006 a caudal constante, previos tanteos y desarrollo por aire comprimido. En la tabla siguiente se resume el ensayo: Ensayo 1 Pozo 1 Limpieza y Tanteo Bombeo interferencia Inicio Fecha Final Hora Hora Observaciones l/s 20.1.2006 20.1.2005 3-7 Sobrebombeo 22.1.2005 9:00 23.1.2005 9:00 6,7 Escalón 1 23.1.2006 9:00 25.1.2006 9:00 3,4 Escalón 2 25.1.2006 21:00 0 Recuperación 25.1.2006 9:00 9 Fecha Caudal 10 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor A las 24 horas del bombeo de interferencia debió reducirse el caudal de bombeo del pozo debido a su tendencia al agotamiento. Durante todo el ensayo se ha controlado el caudal de pozo y la evolución piezométrica en el pozo, piezómetros piez.1 y piez.2 de forma continúa incluyendo horas nocturnas. Tal como se observa, una vez finalizado el ensayo de interferencia se controló la recuperación durante 12 horas. Ensayo 1 Radio1 Filtros Nivel inicial2 Cota del nivel inicial Nivel final bombeo 2 Descenso Descenso residual 3. El segundo ensayo de interferencia de 72 horas de duración se inició el pasado 31.1.2006. Como en el caso anterior se realizó a caudal constante previo tanteo y desarrollo del pozo por sobrebombeo. Con el fin de evitar descensos piezométricos elevados en el entorno, el caudal de bombeo del pozo se limitó a una magnitud suficiente que los piezómetros permitieran estudiar la interferencia. En la tabla siguiente se resume el ensayo: Ensayo 2 Radio1 Filtros Nivel inicial2 Cota del nivel inicial Nivel final bombeo 2 Descenso máximo Descenso residual 3. Pozo-1 S. Honorio 0,175 m Piez S1 2,58 m Piez S2 11,27 7 a 17,5 m y 22,5 a 24 m 29,5 a 31,5 m 8 a 18 m 2,80 42,99 5,88 3,08 0,9 2,65 42,81 5,48 2,83 0,85 2,94 42,07 5,1 2,16 0,11 Pozo-2 Peones 0,175 m 6 a 16,5 m 2,36 41,95 5,75 2,65 0,12 Piez S3 4,3 m 23 a 25 m 2,58 41,17 3,1 0,51 0,18 Piez S4 7,0 5 a 15 m 2,82 40,94 2,91 1,005 0,095 1Distancia Ensayo 2 Pozo 2 Inicio Fecha Limpieza y 30.1.06 Tanteo Bombeo 31.1.06 interferencia Recuperación 3.2.06 Final Hora Fecha Caudal Hora 30.1.06 Pozo 1 Observaciones Fecha entre el teórico punto de bombeo y el punto de control. desde el punto de medida (no coincide con el brocal necesariamente). 3Descenso residual después de 12 horas de parada del bombeo. 2Profundidad 1-2 9:00 3.2.06 9:00 1,73 9:00 3.2.06 21:00 0 Caudal constante Durante el bombeo de interferencia se ha controlado la evolución piezométrica en el pozo, piezómetro piez. 3 y piez. 4 de forma continúa como en el ensayo anterior. El control del nivel piezométrico se han realizado mediante sondas eléctrica con una precisión de 1 cm en ambos ensayos. El caudal se ha controlado mediante tubo Pitot. Las desviaciones máximas respecto al caudal indicado debe considerase que han sido inferiores al 1%. A continuación se resumen los datos obtenidos de los ensayos realizados: 11 Se constata que existe un fuerte gradiente piezométrico entre los piezómetros S1 o Pozo 1 y S2 que aproximadamente se mantiene desde la terminación de los puntos de control. Dicho gradiente en dirección semejante a la de la pendiente topográfica alcanza aproximadamente el 6%. Por el momento se desconocen las causas del mismo. El gradiente disminuiría substancialmente entre los pozos 1 y 2 al 1,3 % y parece estar mucho más de acuerdo con la permeabilidad relativamente baja del acuífero. 6.3 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE INTERFERENCIA La interpretación de l’ensayo de bombeo de interferencia que se presenta en el anejo I. El estudio de los ensayos indica que se trata de un modelo complejo con un horizonte superior de permeabilidad relativamente elevada bajo el que subyacen horizontes bastante menos permeables con tendencia a disminuir esta al aumentar la profundidad. Es un sistema único y se produce transferencia de fluido i presión entre los diferentes horizontes. 12 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor El tratamiento de los datos debe realizarse por partes debido al complejo funcionamiento del sistema. La interpretación permite deducir que el modelo hidrogeológico de ajuste más preciso y compatible con los datos de que se dispone es el de descenso diferido con componentes verticales de flujo (Neuman). Este modelo determina la transmisividad del acuífero y dos coeficientes de almacenamiento, el segundo relacionado a la porosidad eficaz del sistema. Se consideran efectos de penetración parcial tanto en los pozos de bombeo como de los piezómetros de control, todo ello muy dependiente de la potencia del acuífero. Finalmente se valora la conexión pozo-acuífero determinando las pérdidas de carga, debidas a la circulación del agua por filtro y acuífero en el entorno del pozo. El valor de la permeabilidad vertical (deducido de la diferente penetración de los puntos de control piezométrico), debe considerarse, por ello, en su orden de magnitud. El valor de kv/kh probable es próximo a 1. Les pérdidas de carga en los pozos son poco significativas por lo que la eficiencia después del profundo desarrollo sufrido incluyendo efecto de pozo no totalmente penetrante debe considerarse muy elevada. Las dificultades en su construcción ponen sobre aviso del diferente grado de conexión pozo-acuífero según el acabado de los pozos. Conviene indicar que los modelos utilizados suponen que el acuífero es homogéneo en todo su espesor. En el caso que nos ocupa se trata de un acuífero multicapa por lo que en la realidad la relación entre la permeabilidad horizontal y la vertical que se está determinando corresponde a la anisotropía en la vertical de las diferentes capas. También conviene remarcar que se produce una progresiva disminución de la permeabilidad al aumentar la profundidad. Como resumen, los parámetros de funcionamiento del acuífero determinados mediante los ensayos son: Transmisividad zona S. Honorio = 161 m2/d Transmisividad zona Peones = 56 m2/d Coef. almacenamiento inicial §1 10-3 a 1 10-4 Coef. almacenamiento final §1 a 0,2 Permeabilidad horizontes inferiores § 0,5 m/d (0,00057 cm/s) Permeabilidad superiores > 30 m/d (0,035 cm/s) La permeabilidad debe considerarse orientativa ya que se desconoce con precisión el espesor del acuífero y las variaciones locales que se pueden producir en la vertical. A pesar de estas variaciones cabe destacar que los diferentes horizontes conforman un acuífero único de moderada transmisividad y que la permeabilidad baja conforme aumenta la profundidad. El supuesto espesor del acuífero deducido del efecto de penetración parcial podría superar ampliamente los 50 m. 13 14 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor 7. PRIMERAS ESTIMACIONES ANALÍTICAS 7.1 CAUDAL SIN CONSIDERAR EL EFECTO DE LAS PANTALLAS Una vez definidos los parámetros del acuífero, se puede hacer una primera estimación del caudal que debería bombarse para provocar un descenso del nivel de las aguas en un máximo de 10 m, sin considerar los efectos de las pantallas que se prevé construir. Para realizar estos cálculos se considera solo el drenaje del acuífero menos permeable. Esta estimación del caudal puede realizarse a través del modelo de Theis, considerando un largo tiempo de bombeo y suponiendo que el acuífero pasa a libre. Tomado la transmisividad de la zona de Peones, este caudal seria de unos 1760 m3/d (20,3 L/s) si se considera una excavación de 31 m de radio y una duración del bombeo de 60 días. Este valor debe considerarse como una primera aproximación ya que supone un bombeo a caudal constante sin considerar algunos de los efectos del acuífero. Conviene indicar que la construcción de pantallas lateralmente estancas puede disminuir este valor. En la figura siguiente se presenta el cono de bombeo que resultaría. Cono de bombeo del drenaje de la C. Flamenco Para un caudal de bombeo de 20,3 l/s (73,3 m3/h), durante dos més (T=56,4 m2/d, S=0,15) 0 Si se considera la totalidad de la excavación, sin construir la pantalla medianera, su superficie será de unos 3000 m2, la distancia entre el fondo de la excavación y la base de las pantallas se considera de 15 m, y el descenso que se provocara en el interior del recinto apantallado será de 10 m. Aceptando estas premisas puede hacerse una primera estimación del caudal que podría penetrar por el fondo de la excavación, mediante la aplicación directa de la ley de Darcy. La permeabilidad vertical considerada es la indicada en el apartado anterior que se estima en kv § 0,5 m/d. v=k·i siendo: v = velocidad del flujo k = permeabilidad vertical i = gradiente hidráulico y considerando que Q=A·v siendo: Q = caudal de flujo v = velocidad del flujo A = sección Los parámetros indicados permiten calcular que el caudal entrante podría llegar a ser de unos 1000 m3/d (11,5 l/s). Se consideran nulas las entradas de aguas a través de las juntas de las pantallas. Esta primera estimación suele dar resultados por exceso ya que no se considera la disminución de los potenciales en el acuífero debido a las pérdidas de circulación de las aguas fuera del recinto apantallado. 2 4 descenso (m) 7.2 CAUDAL QUE PUEDE PENETRAR POR EL FONDO DE LA EXCAVACIÓN DESPUÉS DE CONSTRUIR LAS PANTALLAS ESTANCAS. 6 8 10 7.3 CONSIDERACIONES DE LOS CÁLCULOS ANALÍTICOS 12 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Distancia (m) Descenso Por tanto, el caudal que puede pasar por la sección de las pantallas perimetrales de la parte más profunda es algo inferior al 15 16 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor máximo que puede provenir del acuífero inferior. La simplificación realizada de suponer que no existe el acuífero superior de ámbito local, hace que los valores manejados puedan incrementarse. Estas consideraciones ponen sobre aviso de que el efecto de una pantalla perimetral con una clava insuficiente puede tener un efecto significativo en la entrada de aguas al recinto apantallado y además que conviene cuidar del acabado de las obras para evitar entradas a través de las juntas. Conviene indicar que la estimación del caudal que puede pasar por el fondo del recinto apantallado suele ser por exceso y que la combinación con el que puede aportar el acuífero, cuando ambos tienen magnitudes parecidas, puede hacer que quede algo reducido especialmente en el caso de que la superficie del fondo del recinto sea pequeña. Teniendo en cuenta que puede ser conveniente extraer el máximo caudal de agua con el mínimo de captaciones, es conveniente que las captaciones tengan el máximo rendimiento. Además, conviene indicar que, durante la excavación, no se alcanzará el rendimiento de los pozos que se ha bombeado durante los ensayos, al ir quedando reducido el espesor saturado al descender el nivel de agua durante las obras. 8. MODELO MATEMÁTICO PARA SIMULAR LOS EFECTOS DE LAS PANTALLAS 8.1 PLANTEAMIENTO DEL MODELO Y DATOS DE PARTIDA Para simular de forma aproximada el comportamiento del acuífero y poder definir los emplazamientos recomendables de los puntos de captación se ha construido un modelo matemático tridimensional de diferencias finitas con unes dimensiones totales de 1 x 1 km. Los elementos son de forma rectangular de dimensiones variables. El modelo hace una simulación en detalle del interior del recinto con elementos de dimensiones inferiores a 1 m. Esto permite una definición suficiente para simular el efecto de las pantallas. En el exterior del recinto las dimensiones de las celdas se relaja rápidamente hasta los 150 m. Se incluye la presencia de límites de nivel constante en las celdas extremas que limitan el modelo. En el anejo II se pueden ver las diferentes densidades de malla del modelo. Conviene indicar que el modelo trabajará por diferencias piezométricas, para determinar los descensos previsibles en el exterior e interior de los recintos apantallados. No se consideran los efectos de un acuífero local situado en la zona de la plaza Belén ya que a su reducido espesor saturado cabe sumar la indeterminación de su extensión. Los parámetros que se han utilizado son: Transmisividad acuífero 56 m2/d Permeabilidad vertical 0,5 m/d Coef. almacenamiento 15 % Permeabilidad pantallas 1 10-5 m/d 17 18 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor 8.2 RESULTADO DEL MODELO Se considera que deberá deprimirse el nivel unos 10 m en todo el interior de los recintos considerados con una clava de las pantallas de 15 m por debajo del fondo de la excavación. En esta hipótesis conviene indicar que el rendimiento de los pozos, irá disminuyendo al irse drenando en acuífero. Se estima que este rendimiento por pozo cuando el nivel freático se sitúe cerca de la base de l’excavació puede ser del orden de 1,5 l/s (5,4 m3/h), siempre que tengan una eficiencia igual o superior a los ensayados. Los resultados obtenidos, que poden consultar-se en el anejo II, sugieren que se debería explotar un caudal de unos 9 l/s (32,4 m3/d). Este caudal es inferior al estimado en el apartado anterior debido fundamentalmente a que la permeabilidad por debajo de las pantallas es finita. La explotación de este caudal puede comportar la construcción de unos 5 pozos si se distribuyen dentro del recinto apantallado tal como se indica en el anejo II. Los descensos del nivel piezométrico después de tres meses de bombeo se presenten en el anejo II. En el interior del recinto apantallado se superan los 10 m en la mayor parte de la superficie. Se deduce además que el descenso previsible en el exterior es inferior a 0,5 m en el exterior inmediato del recinto apantallado lateralmente estanco, disminuyendo a menos de 0,3 a 30 m del recinto. Estos valores son inferiores a la oscilación piezométrica natural que se ha producido en el período de control. En el caso de que se realice una compartimentación del recinto mediante una pantalla medianera de la misma clava que las perimetrales podría ser necesaria la construcción de algún pozo complementario para compensar el efecto de interferencia. Si dicha pantalla medianera no sobrepasa excesivamente la profundidad de la excavación una redistribución de los puntos de captación puede ser suficiente para conseguir resultados semejantes. 8.3 RIESGOS Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS De los diferentes estudios realizados se pueden extraer unas primeras indicaciones sobre la presencia generalizada de niveles de baja permeabilidad, de baja consistencia y posibles efectos tixotrópicos (fluidificación por vibraciones). Tanto pozos como piezómetros se han construido con gran facilidad en el primer caso por succión del terreno por el fondo de la entubación. Ello pone en evidencia el riesgo de que el terreno no sea capaz de aguantar por si solo la supresión que se producirá durante la excavación. A este respecto conviene indicar que la capacidad de compresión del terreno no es la misma que la distensiva ya que en este segundo caso existen riesgos de sifonamiento e implosión ligeramente compensados por el peso, que no existen en la primera situación. Para reducir este riesgo es necesario evitar una excavación excesivamente rápida y la circulación de aguas por la superficie de la misma. Ambas medidas pueden ayudar a reducir el riesgo de implosión y el de un sifonamiento que puede debilitar de manera permanente la capacidad portante del terreno y prevenir sus consecuencias. En el perfil del modelo puede observarse que el gradiente medio en el fondo de la excavación es próximo a 0,3. Este gradiente comporta que el tramo comprendido entre la base de las pantallas y la de la excavación, durante la construcción, deba ser capaz de soportar una tercera parte de la subpresión total. Así pues, es conveniente asegurarse que el nivel piezométrico se sitúe en todo momento, como mínimo un metro por debajo de la excavación, para evitar una posible entrada en flotación de los materiales del subsuelo. Ello es debido al elevado gradiente piezométrico que a pesar de la presencia de las pantallas cabe esperar y que localmente puede ser superior al indicado. Por otra parte, las diferencias de presión entre el interior del recinto apantallado y el exterior, que puede aproximarse a 1 kg/cm2, hace imprescindible un excelente acabado de las juntas entre pantallas, en especial en la zona a excavar. Además conveniente evitar la construcción de elementos de drenaje en las proximidades de aquellos que utilicen bentonita o cementos fluidos, dado que los primeros pueden ver disminuida su 19 20 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor eficiencia y los segundos tener pérdidas de fluidos. Esto se puede evitar manteniendo elevada la densidad de los lodos e iniciando las pantallas a la mínima distancia posible del nivel de saturación. Igualmente no es conveniente que coincida la construcción y funcionamiento del sistema de drenaje con la de las pantallas. Los emplazamientos propuestos podrán modificarse en función del rendimiento de cada pozo y de las necesidades de incrementar ligeramente el descenso en algún punto. A pesar de que ya se ha considerado el efecto de interferencia entre pozos y variaciones en el rendimiento, puede ser necesario reajustar el modelo en función del rendimiento final de cada uno de ellos. 9. CONCLUSIONES De lo expuesto hasta ahora y de las consideraciones realizadas en las diversas reuniones mantenidas se pueden extraer las siguientes conclusiones: CONSIDERACIONES INICIALES El subsuelo de los terrenos de la futura Ciudad del Flamenco está constituido por depósitos relacionados a sedimentos litorales y aluviales. Estos horizontes forman acuíferos sobrepuestos de los que el superior es mucho más permeable aunque de distribución irregular y reducido espesor. El nivel freático en el período comprendido entre finales de noviembre y febrero ha sufrido oscilaciones de casi 1 m. PARÁMETROS DEL ACUÍFERO El estudio realizado ha permitido la definición de las características del acuífero determinando los parámetros principales que definen su funcionamiento y estimando la permeabilidad de las capas principales del terreno que afecten a la obra en ejecución. Los datos obtenidos están de acuerdo con estimaciones basadas en la granulometría del terreno (curvas de Beddin) que sugieren permeabilidades siempre superiores a 0,3 m/d (3,5 10-4 cm/s). De los ensayos puntuales de permeabilidad realizados en algunos horizontes entre los 15 y 25 m de profundidad, durante el avance de la perforación de los pozos, resultan valores comprendidos entre los 0,6 y 2,9 m/d. (7 10-4 y 3,4 10-3 cm/seg). Los resultados obtenidos en los ensayos de interferencia considerando que el acuífero responde inicialmente al modelo de descenso diferido (Neuman) son: Transmisividad zona S. Honorio = 161 m2/d Transmisividad zona Peones = 56 m2/d Coef. almacenamiento inicial §-3 a 1 10-4 Coef. almacenamiento final §1 a 0,2 Permeabilidad horizontes inferiores §0,5 m/d (0,00057 cm/s) 21 22 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor Permeabilidad horizontes superiores > 30 m/d (0,035 cm/s) recinto a considerar es estanco lateralmente con una penetración de 15 m bajo la profundidad de excavación. El espesor del acuífero deducido del efecto de penetración parcial se supone de más de 50 m. Son apreciables las variaciones de permeabilidad en la vertical, con clara tendencia a disminuir al aumentar la profundidad. Localmente los horizontes superiores pueden presentar permeabilidades de hasta más de 30 m/d mientras que los más profundos apenas alcanzan los 0,5 m/d. A pesar de ello el paquete constituye un acuífero único y los diferentes horizontes se conectan entre sí. El valor de la permeabilidad vertical (deducido de la diferente penetración de los puntos de control piezométrico), debe considerarse en su orden de magnitud. La kv parece de unos 0,5 m/d. Les pérdidas de carga en los pozos, después de les vicisitudes durante su construcción son poco significativas. Ello pone sobre aviso de la dificultad de conexión pozo-acuífero según el acabado de los pozos. CAUDALES A EXPLOTAR DURANTE LA EXCAVACIÓN Los cálculos hidráulicos realizados ponen de manifiesto que para deprimir el nivel freático en unos 10 m (sin presencia de pantallas) en un radio de unos 30 m y un tiempo de 60 días, seria necesario extraer un caudal de 1760 m3/d (20,3 l/s). Sin considerar los efectos del acuífero superior. Si se acepta la construcción de un recinto lateralmente estanco de una superficie de unos 3000 m2, la permeabilidad vertical de unos 0,5 m/d, que las pantallas penetren 15 m bajo la excavación y que la depresión del nivel freático a provocar es la misma, el caudal entrante por su fondo podría ser 1000 m3/d (11,5 l/s). Las hipótesis realizadas hasta ahora son incompletas ya que no se contempla la suma de efectos. Por ello deben considerarse como valores límites por exceso. MODELADO SIMULANDO EL EFECTO DE LAS PANTALLAS Se considera que para realizar la excavación deberá deprimirse el nivel inicial en 10 m. Además, se considera que el 23 Los resultados que se obtienen, del modelo matemático, se indican en la siguiente tabla: CAUDAL L/S 9 N º de pozos 5 Desc. 0 m a 0,5 Desc. 30 m b 0,3 a Descenso máximo en el exterior del recinto junto a la pantalla b Descenso medio a 30 m de distancia del recinto apantallado El efecto hidráulico que comporta la construcción de la pantalla medianera es poco significativo ya que si bien limita la entrada de aguas (en el caso de que la excavación de los recintos no sea contemporánea), los descensos en el exterior resultan poco significativos. Conviene indicar que se supone que los bombeos de cada recinto no son contemporáneos, en otro caso los efectos son nulos. Conviene indicar que en las simulaciones se supone que los pozos irán disminuyendo su caudal al reducirse el espesor saturado, por lo que se considera que su rendimiento será muy inferior al ensayado. Variaciones significativas en la clava de las pantallas bajo el nivel de excavación, conducen a una reducción en el tramo filtrante de los pozos y consiguientemente a aumentar su número para compensar la superficie filtrante AFECCIONES AL ENTORNO Los descensos previstos en el caso de realizar las explotaciones indicadas durante 90 días deben considerase aproximados ya que la determinación de la permeabilidad vertical a través de los ensayos comporta ciertas indeterminaciones. Por otra parte la gran heterogeneidad del acuífero con fuertes cambios laterales de fácies (acuífero superior) y variaciones en la profundidad, puede hacer que queden interceptadas conexiones hidráulicas al ser atravesadas por las pantallas. En el caso de que se produzcan entradas a través de las pantallas el caudal entrante se sumaria al que se prevé que entre 24 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor por contorneo exteriores. del fondo incrementándose los descensos debe ser ciego y disponer de un tapón de fondo para actuar como cámara de bombeo. La construcción del recinto lateralmente estanco de la Ciudad del Flamenco puede provocar modificaciones en el flujo subterráneo, especialmente en el acuífero superior. Por el momento es difícil la cuantificación de esta alteración. A este respecto, conviene indicar que este acuífero se ve muy influenciado por la recarga de lluvia y otras, con un gradiente piezométrico que debe considerarse fuerte y que se mantiene independientemente de la oscilación piezométrica. Filtros: Inicialmente unos 12 m de longitud con prefiltro de arena. Entre 2 m por debajo del fondo de la excavación y 1 m por encima de la base de las pantallas. MODIFICACIONES EN EL FLUJO NATURAL RIESGOS Para reducir los riesgos que puede comportar la excavación es necesario evitar que se realice de forma muy rápida y la circulación de aguas por la superficie de la misma. Es conveniente asegurarse que el nivel piezométrico se sitúe en todo momento, como mínimo un metro por debajo de la excavación, para evitar una posible entrada en flotación de los materiales del subsuelo. Por otra parte, las diferencias de presión entre el interior del recinto apantallado y el exterior, que puede aproximarse a 1 kg/cm2, hace imprescindible un excelente acabado de las juntas entre pantallas, en especial en la zona a excavar. Macizo de grava: Grava rodada y calibrada entre la pared del sondeo de calibre a definir. Desarrollo: por aire comprimido o sobrebombeo durante 8 horas como a mínimo. Bombeo final de limpieza y aforo. Variaciones en las características constructivas de los pozos pueden dar lugar a fuertes diferencias respecto a los caudales previstos. Además es recomendable el seguimiento de la construcción de los pozos y el dimensionado de las bombas e instalaciones. Puede resultar muy conveniente disponer de un pozo de reserva que pueda sustituir al pozo de menor rendimiento que puede ser utilizado como punto de control piezométrico. Barcelona, 22 de febrero del 2006 CARACTERÍSTICAS RECOMENDABLES DE LOS POZOS DE DRENAJE Resultaría muy recomendable la construcción de pozos a hinca, aunque parece difícil que pueda realizarse. Las características recomendables de los mismos son: Método: Hinca o en su defecto percusión al cable, con frecuentes limpiezas por cuchareo. Emplazamiento: Inicialmente según la figura 2. Profundidad: la misma penetración que las pantallas. Perforación: 500 mm de diámetro mínimo. Entubado: en PVC de elevada resistencia a la compresión de un mínimo de 200 mm Ø interior. El último metro de los pozos 25 26 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor ANEJO I. VALORACIÓN DE LOS ENSAYOS MÉTODO Y MEDIDAS TOMADAS Los ensayos puntuales de permeabilidad, son ensayos de producción de corta duración (30‘) con control continuo de la recuperación del pozo. Su valoración se realiza según los parámetros que se indican en los párrafos siguientes. El ensayo de interferencia de larga duración se ha realizado siguiendo el método tradicional planteando un bombeo a caudal constante con control de caudales y niveles en el pozo y dos piezómetros tanto durante el bombeo como en la recuperación. La valoración de los datos tomados durante los ensayos se ha realizado mediante programas de cálculo por ordenador que permiten la interpretación de las datos de forma automática o manualmente, siguiendo diferentes modelos de funcionamiento del acuífero, algunos de ellos superponibles. Los programas han sido construidos por Pere Badiella. Estos programas han sido probados reiteradamente en los centenares de valoraciones de modelos más o menos complejas realizadas desde 1985. Siempre se presenta la salida gráfica que permite ver el ajuste de las funciones consideradas juntamente con los datos medidos. La interpretación de los datos ha seguido la secuencia que se expone a continuación. El modelo de funcionamiento escogido es el que permite mejores ajustes de los datos y que además es compatible con las características del acuífero. El listado completo de los datos tomados durante los ensayos se presenta en el anejo III. ENSAYOS PUNTUALES DE PERMEABILIDAD Las valoraciones de los ensayos de recuperación realizadas a diferentes profundidades se hacen según el método de Jacob. Este método es una simplificación del modelo de Theis aplicable generalmente a tiempos cortos o radios pequeños. La aceptación del modelo de Theis comporta unas condiciones de contorno que pueden no cumplirse totalmente por lo que los resultados obtenidos deben tomarse como aproximados. En las figuras A1.1 a A1.4 se presentan las mismas. El hecho de que la longitud del tramo filtrante en los pozos fuera de poco más de un metro permite una asociación directa de la transmisividad con la permeabilidad, para tiempos de bombeo cortos. ENSAYO DE INTERFERENCIA DE LARGA DURACIÓN Definición del modelo teórico y real de funcionamiento del acuífero Valoración de los datos del primer ensayo En las figuras A1.5 y siguientes, se presentan las valoraciones realizadas de los datos recogidos en el emplazamiento 1 (pozo-1, piezómetro 1, y piezómetro 2), en la zona próxima a la calle San Honorio. Elección del método analítico y/o numérico adecuado para la interpretación del modelo Se trata de un ensayo en el que se aprecia tanto en el pozo en bombeo como en los piezómetros la presencia de un horizonte superior bastante permeable que después de 24 horas de bombeo acaba drenándose. Ello da lugar a que la valoración de los datos sea compleja. En la figura A1.5 se presenta la valoración de los datos en el pozo que permite apreciar el fenómeno y que permita estimar la transmisividad global del sistema en unos 160 m2/d si se acepta el funcionamiento aproximado según el modelo de Theis. Preparación del sistema de valoración de los datos adecuando los programas de cálculo de que se dispone al método elegido 27 28 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor En la figura A1.6 se presenta una valoración aproximada de la fase final del ensayo reduciéndose la transmisividad a unos 13 m2/d. La valoración de los datos en los piezómetros también permite obtener datos de ambas fases del bombeo con transmisividades semejantes, que en el caso del piezómetro 1 incluye el efecto de penetración parcial. Dichas valoraciones se recogen en las figuras A1.7 a A1.9. El coeficiente de almacenamiento determinado aproximadamente en 0,2 (para el modelo de Neuman) parece más representativo de las características del acuífero que el determinado para el de Theis en 0,07. No es necesario considerar pérdidas de carga en el pozo para realizar la valoración, por lo que deben considerarse reducidas. Valoración de los datos del segundo grupo de ensayo El segundo ensayo se realizo entre el pozo p-2 (zona de la Plaza Peones) y los piezómetros piez. 3 y piez. 4. En las figures A1.10 y A1.12 se presenta la valoración de los datos con el modelo de descenso diferido (Neuman), aplicado ya en el primer ensayo. En este caso los ajustes de los datos a la función de ajuste son substancialmente mejores. ANEJO II. RESULTADOS DEL MODELO MATEMÁTICO En la figura A2.1 se presenta la malla del modelo matemático empleado. La parte central donde la malla se densifica corresponde al emplazamiento del aparcamiento. En dicha zona central la dimensión de las celdas disminuye a menos de 1 m para poder simular el efecto de las pantallas, mientras que en los extremos del modelo superan las 150x150 m. Conviene indicar que para construir el modelo no se ha aplicado ningún coeficiente de seguridad y que algunos parámetros presenten cierta indeterminación. Especialmente es de baja fiabilidad el espesor de funcionamiento hidráulico del acuífero ya que se ha deducido matemáticamente y es difícilmente comprobable mecánicamente. También en este caso es moderadamente fiable la permeabilidad vertical tanto por la naturaleza del acuífero como por los ensayos. Los datos iniciales no hacen necesario la compartimentación de la excavación, desde el punto de vista hidráulico, ya que los descensos previsibles en el exterior se consideraron bajos, debido a la reducida permeabilidad del fondo del recinto lateralmente estanco. A continuación se resumen las características del modelo empleado. Los parámetros determinados en este ensayo son: Transmisividad = 56 m2/d Coef. almacenamiento inicial §-3 Coef. almacenamiento final §15 a 0,18 La relación kv/kh para el piezómetro piez. 3, en estas condiciones, puede aproximarse a 1. Por ello aceptando que la permeabilidad de la zona profunda es de unos 0,5 m/d podría estimarse que la que la permeabilidad vertical media del paquete situado entre -16,5 y 23 m de profundidad del suelo actual es también de 0,5 m/d. La estimación en el piezómetro piez. 4 también es compatible con el valor indicado. 29 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL MODELO Dimensiones: 1000x1000 m Tipo: multicapa de diferencias finitas Límites: cuatro límites de nivel fijo Espesor del acuífero: 50 m Máxima excavación: 10 m por debajo del nivel piezométrico Clava de las pantallas: 15 m por debajo de la máxima excavación Transmisividad del acuífero: 56 m2/d Permeabilidad vertical: 0,5 m/d (5,7 10-4 cm/s) Permeabilidad de las pantallas: 10-5 m/d Coeficiente de almacenamiento: 0,2 30 Pere Lluís Badiella Abril Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor geòleg consultor Se ha considerado la construcción de 5 pozos de captación que permitan extraer un caudal total de 9 l/s para alcanzar los descensos que se consideran necesarios (10 m), para construir la losa de base. Con la distribución de los pozos indicada se consiguen los descensos que se presenten en las figuras A2.2 en planta y A2.3 en perfil, después de 3 meses de bombeo. RESUMEN DE RESULTADOS En la tabla siguiente se presenta un resumen de los resultados que cabe esperar. CAUDAL L/S 9 N º de pozos 5 Desc. 0 m a 0,5 Desc. 30 m b 0,3 a Descenso máximo en el exterior del recinto junto a la pantalla b Descenso medio a 30 m de distancia del recinto apantallado ANEJO III. DATOS DE ORIGEN DE LOS ENSAYOS Conviene indicar que los descensos indicados corresponden a la parte superior del acuífero (en el mismo punto en el la parte profunda del acuífero estos son algo superiores). Además todos los valores se ven muy condicionados a la permeabilidad de la base del recinto apantallado estanco. Por ello aproximación estanco y se tanto control mismo. estos valores deben tomarse como una primera que puede afinarse cuando se disponga del recinto realice el bombeo del mismo incluyendo medidas piezométrico en el interior como en el exterior del 31 Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor FIGURAS DEL INFORME Pere Lluís Badiella Abril geòleg consultor APENDICE DE COLUMNAS DE LOS POZOS Y CONSTRUCTIVO DE LOS PIEZOMETROS